SpringBoot2.x系列教程31--SpringBoot中的缓存实现方案介绍

前言

作为一个程序员，我们不仅仅要把项目的功能实现出来，还要追求这个功能的高效和健壮，我们得想办法对项目的功能进行各种优化和性能的提升。其中缓存就是对程序性能进行显著提升的一个有效手段，那么在SpringBoot中对缓存有哪些支持方案呢？

今天壹哥就给大家讲一下SpringBoot中支持的几种缓存实现方案，本文会重点讲解Spring Cache这种缓存方案。

一. Spring中对缓存的支持

1. Spring Cache简介

从Spring 3.1开始，Spring中就引入了对Cache的支持，而在Spring Boot中我们可以通过添加spring-boot-starter-cache的缓存依赖，实现缓存功能。

Spring中是通过依赖org.springframework.cache.Cache和org.springframework.cache.CacheManager接口来实现缓存的，我们在Spring Boot中只要通过@EnableCaching注解开启缓存支持，Spring Boot就会根据实现自动配置一个合适的CacheManager。

2. Spring Boot支持的缓存提供商

Spring Boot中支持的缓存提供商的默认顺序如下：

Generic
JCache(JSR-107)(EhCache 3, Hazelcast, Infinispan)
EhCache 2.x
Hazelcast
Infinispan
Couchbase
Redis
Caffeine
Guava
Simple

Spring Boot 为我们提供了多种缓存CacheManager配置方案，默认情况下会使用基于内存map的缓存方案ConcurrenMapCacheManager，内部默认是利用ConcurrentHashMap的来实现缓存。

我们可以通过‘spring.cache.type’属性来强制指定到底使用哪种缓存提供商，如果需要在一些环境(比如，测试)中禁用全部缓存也可以使用该属性。

3. Spring Cache原理

Spring Cache是作用在方法上的，其核心实现逻辑如下：

当我们在调用一个缓存方法时，会把该方法参数和返回结果作为一个键值对存放在缓存中；
等到下次利用同样的参数来调用该方法时将不再执行该方法，而是直接从缓存中获取结果进行返回。
所以在使用Spring Cache的时候，我们要确保缓存的方法的幂等性，也就是对于相同的方法参数要有相同的返回结果。
复制代码

4. Spring Cache的实现方案

Spring对Cache的实现方案有2种方式。

基于注解配置方式；
基于XML配置方式。

其中基于注解(annotation)的缓存(cache)技术是在Spring 3.1 引入的，它本质上不是一个具体的缓存实现方案(例如 EHCache)，而是一个对缓存使用的抽象，通过在已有代码中添加少量关于缓存的注解annotation，就能够达到缓存的效果。

二. Spring Cache注解实现方案详解

1. Spring Cache中常用缓存注解

在Spring Cache中，为我们提供了如下几个常用的缓存相关注解，希望各位可以记住：

@Cacheable****
@CachePut****
@CacheEvict****
@Caching****

2. 注解实现方案的特点

通过少量的配置 annotation 注解即可使得已有代码支持缓存；
支持 SpEL 表达式，能使用对象的任何属性或者方法来定义缓存的 key 和 condition；
支持 AspectJ，并通过其实现任何方法的缓存支持；
支持自定义 key 和缓存管理器，具有相当的灵活性和扩展性；
提供开箱即用的缓存临时存储方案；
支持和主流的专业缓存方案(例如Redis)集成。

接下来我会分别对这几个注解进行详细的介绍。

三. @Cacheable注解

1. 注解作用

可以作用在方法上，也可以标记在一个类上。当标记在一个方法上时表示该方法是支持缓存的，当标记在一个类上时则表示该类所有的方法都是支持缓存的。

2. 用法举例

//单缓存名称：
@Cacheable(value=”cache1”)
    
//多缓存名称：
@Cacheable(value={”cache1”,”cache2”}
复制代码

3. 参数介绍

value参数是必须指定的，表示当前方法的返回值是会被缓存在哪个Cache上的，对应Cache的名称。其可以是一个Cache也可以是多个Cache，当需要指定多个Cache时其是一个数组。

3.1 value：缓存的名称

每一个缓存名称代表一个缓存对象。当一个方法填写多个缓存名称时将创建多个缓存对象。
当多个方法使用同一缓存名称时相同参数的缓存会被覆盖。
所以通常情况我们使用“包名+类名+方法名”或者使用接口的RequestMapping作为缓存名称防止命名重复引起的问题。
复制代码

3.2 key：缓存的 key

key标记了缓存对象中的每一个缓存数据，当我们没有指定该属性时，Spring将使用默认策略生成key，系统会自动按照方法的所有入参生成key，也就是说相同的入参值将会返回同样的缓存结果。

我们也可以利用自定义策略，通过Spring的EL表达式来指定我们的key。这里的EL表达式可以使用方法参数及它们对应的属性。使用方法参数时我们可以直接使用“#参数名”或者“#p参数index”。

4. 示例代码

如下列无论方法存在多少个入参，只要userName值一致，则会返回相同的缓存结果。

/**
* key 是指传入时的参数
*/
@Cacheable(value="users", key="#id")
public User find(Integer id) {
    return null;
}
   
// 表示第一个参数
@Cacheable(value="users", key="#p0")
public User find(Integer id) {
    return null;
}
   
// 表示User中的id值
@Cacheable(value="users", key="#user.id")
public User find(User user) {
    return null;
}

// 表示第一个参数里的id属性值
@Cacheable(value="users", key="#p0.id")
public User find(User user) {
    return null;
}
复制代码

除了上述使用方法的参数作为key之外，Spring还为我们提供了一个root对象用来生成key。

当我们要使用root对象的属性作为key时我们也可以将“#root”省略，因为Spring默认使用的就是root对象的属性。如：

// key值为: user中的name属性的值
@Cacheable(value={"users", "xxx"}, key="caches[1].name")
public User find(User user) {
    return null;
}
复制代码

5. condition缓存的条件

有时候我们可能并不希望缓存一个方法的所有返回结果，这时可以通过condition属性可以实现这一功能。condition属性默认为空，表示将缓存所有的调用情形。满足条件后,方法的结果才会被缓存，不填写则认为全部无条件缓存。

使用 SpEL表达式编写条件，返回 true 或者 false，只有为 true 才进行缓存。

//只有用户名长度大于2时参会进行缓存。
@Cacheable(value=”cache1”,condition=”#userName.length()>2”)
复制代码

四. @CachePut注解

1. 注解作用

主要针对方法配置，能够根据方法的请求参数对其结果进行缓存。和 @Cacheable 不同的是，它每次都会触发真实方法的调用，此注解常被用于更新缓存使用。

2. 参数介绍

2.1 value：缓存的名称

@CachePut(value=”cache1”)
@CachePut(value={”cache1”,”cache2”}
复制代码

2.2 key：缓存的 key

@CachePut(value=”cache1”,key=”#userName”)
复制代码

2.3 condition：缓存的条件

@CachePut(value=”cache1”,condition=”#userName.length()>2”)
复制代码

五. @CacheEvict注解

1. 注解作用

作用在方法上，根据一定的条件对缓存结果进行清空。

2. 参数介绍

2.1 value 缓存的名称

删除指定名称的缓存对象，必须与下面的其中一个参数配合使用：

//例如:
@CacheEvict(value=”cache1”) 

//或者
@CacheEvict(value={”cache1”,”cache2”}
复制代码

2.2 key 缓存的 key

删除指定key的缓存对象。

@CacheEvict(value=”cache1”,key=”#userName”)
复制代码

2.3 condition：缓存的条件

删除指定条件的缓存对象。

@CacheEvict(value=”cache1”,condition=”#userName.length()>2”)
复制代码

2.4 allEntries属性

allEntries方法执行后清空所有的缓存；默认为 false，如果指定为 true，则方法调用后将立即清空所有缓存。

//例如：
@CacheEvict(value=”cache1”,allEntries=true)
复制代码

2.5 beforeInvocation属性

beforeInvocation 方法执行前清空所有缓存。默认为 false，如果指定为 true，则在方法还没有执行的时候就清空缓存。默认情况下，如果方法执行抛出异常，则不会清空缓存。

//例如：
@CacheEvict(value=”cache1”，beforeInvocation=true)
复制代码

六. @Caching注解

@Caching注解可以让我们在一个方法或者类上同时指定多个Spring Cache相关的注解。其拥有三个属性：cacheable、put和evict，分别用于指定@Cacheable、@CachePut和@CacheEvict。

@Caching(cacheable = @Cacheable("users"), evict = { @CacheEvict("cache2"),@CacheEvict(value = "cache3", allEntries = true) })
public User find(Integer id) {
    return null;
}
复制代码